Por ROBERT LEE HOTZ
¿Necesita una arteria para una cirugía de bypass o un cartílago a medida para esa rodilla desgastada?
Ponga en marcha la impresora.
En alrededor de una docena de las principales universidades y laboratorios corporativos, los ingenieros biomédicos trabajan en maneras de imprimir tejidos humanos vivos, con la esperanza de algún día producir partes del cuerpo e implantes a medida. Todavía lejos de un uso clínico, estos experimentos de ingeniería representan el próximo paso en un proceso conocido como manufactura de adaptación computarizada, en el que los diseñadores industriales producen prototipos a medida y partes terminadas usando económicas computadoras 3-D.
En lugar de piezas de plástico, metal o cerámica, estas impresoras médicas lanzan una tinta de células vivas.
Las máquinas pueden construir estructuras de tejido, capa por capa, en todo tipo de formas en 3-D, como tubos adecuados para actuar como vasos sanguíneos, cartílagos contorneados para articulaciones, o parches de piel y músculo para crear una especie de bandas curativas vivas, según demuestran estudios recientes.
"Se puede imprimir un tejido punto por punto", dice Gordana Vunjak-Novakovic, bioingeniera del Laboratorio de Ingeniería de Células Madres y Tejidos de la Universidad de Columbia. "La impresión biológica es una tecnología muy buena que trae un uso completamente nuevo para algo muy viejo y que todos tenemos en casa, que es la impresora de inyección a tinta", dice.
En la Universidad de Cornell, en Ithaca, Nueva York, los investigadores están imprimiendo válvulas cardíacas, cartílagos de rodilla e implantes óseos experimentales. En la Universidad de Wake Forest, en Carolina del Norte, los bioingenieros imprimen células renales. Sus colegas trabajan en una unidad portátil para imprimir tejido cicatrizante directamente sobre quemaduras o heridas. En la Universidad de Missouri-Columbia, los investigadores han impreso vasos sanguíneos y capas musculares del corazón.
Eventualmente, los ingenieros médicos esperan imprimir tejidos a medida para cirugías y órganos completos que podrían ser utilizados en trasplantes, para terminar con las largas demoras que soportan los pacientes que esperan órganos de donantes compatibles y el riesgo de que sus cuerpos rechacen el tejido.
"Está claro que es una tecnología con muchas aplicaciones", dice el biofísico Gabor Forgacs, de la Universidad de Missouri-Columbia, que participó en el desarrollo de la tecnología.
La tecnología enfrenta muchos desafíos. Pueden pasar cinco años o más antes de que incluso el más simple de estos prototipos experimentales esté listo para pruebas clínicas. Los problemas van desde el reto de mantener grandes estructuras de tejidos vivos hasta la falta de herramientas computarizadas para el diseño personalizado de órganos.
"Muchas de las empresas de biotecnología están indagando para ver cuál podría ser el valor de mercado de esta tecnología", dice la ingeniera en robótica Hod Lipson, al frente del Laboratorio de Máquinas Creativas de la Universidad de Cornell y coautora de un libro sobre el tema.
Entre las empresas líderes se encuentra Organovo Inc., con sede en San Diego, que introdujo las primeras bioimpresoras comerciales en 3-D en 2010, usando tecnología desarrollada por Forgacs en Missouri-Columbia e investigadores de la Universidad Clemson.
Hasta el momento, la empresa ha fabricado 10 de sus bioimpresoras "NovoGen", a un costo de cientos de miles de dólares cada una. La empresa no da a conocer información precisa sobre su costo.
"Nos permite imprimir una estructura de tejido que es un tejido humano funcional y vivo", dice Keith Murphy, presidente ejecutivo de Organovo.
La empresa todavía no vende las bioimpresoras, sino que utiliza el equipamiento para sus propios proyectos de desarrollo de productos. Las comparte con otros investigadores a través de asociaciones con Pfizer Inc., United Therapeutics Corp. y la Escuela de Medicina de Harvard, entre otras. Murphy declinó revelar los detalles de esos acuerdos o decir qué productos de células bioimpresas estaban en desarrollo.
La impresora programable tiene unas boquillas de impresión guiadas por láser que pueden expulsar tintas compuestas por diferentes combinaciones de células. En cada gota de tinta hay una solución que contiene aproximadamente de 10.000 a 30.000 células. La biotinta es en general una mezcla cultivada de células madres tomadas de médula ósea o grasa de donantes. Esas células luego pueden ser cultivadas para conseguir muchos tipos de células diferentes necesarias para los tejidos.
"Se usan bloques de construcción de células para formar una estructura de 3-D, casi como construir algo con piezas de Lego", dice Murphy. "Las células hacen todos los toques finales por sí mismas", añade.
Ponga en marcha la impresora.
En alrededor de una docena de las principales universidades y laboratorios corporativos, los ingenieros biomédicos trabajan en maneras de imprimir tejidos humanos vivos, con la esperanza de algún día producir partes del cuerpo e implantes a medida. Todavía lejos de un uso clínico, estos experimentos de ingeniería representan el próximo paso en un proceso conocido como manufactura de adaptación computarizada, en el que los diseñadores industriales producen prototipos a medida y partes terminadas usando económicas computadoras 3-D.
En lugar de piezas de plástico, metal o cerámica, estas impresoras médicas lanzan una tinta de células vivas.
Las máquinas pueden construir estructuras de tejido, capa por capa, en todo tipo de formas en 3-D, como tubos adecuados para actuar como vasos sanguíneos, cartílagos contorneados para articulaciones, o parches de piel y músculo para crear una especie de bandas curativas vivas, según demuestran estudios recientes.
"Se puede imprimir un tejido punto por punto", dice Gordana Vunjak-Novakovic, bioingeniera del Laboratorio de Ingeniería de Células Madres y Tejidos de la Universidad de Columbia. "La impresión biológica es una tecnología muy buena que trae un uso completamente nuevo para algo muy viejo y que todos tenemos en casa, que es la impresora de inyección a tinta", dice.
En la Universidad de Cornell, en Ithaca, Nueva York, los investigadores están imprimiendo válvulas cardíacas, cartílagos de rodilla e implantes óseos experimentales. En la Universidad de Wake Forest, en Carolina del Norte, los bioingenieros imprimen células renales. Sus colegas trabajan en una unidad portátil para imprimir tejido cicatrizante directamente sobre quemaduras o heridas. En la Universidad de Missouri-Columbia, los investigadores han impreso vasos sanguíneos y capas musculares del corazón.
Eventualmente, los ingenieros médicos esperan imprimir tejidos a medida para cirugías y órganos completos que podrían ser utilizados en trasplantes, para terminar con las largas demoras que soportan los pacientes que esperan órganos de donantes compatibles y el riesgo de que sus cuerpos rechacen el tejido.
"Está claro que es una tecnología con muchas aplicaciones", dice el biofísico Gabor Forgacs, de la Universidad de Missouri-Columbia, que participó en el desarrollo de la tecnología.
La tecnología enfrenta muchos desafíos. Pueden pasar cinco años o más antes de que incluso el más simple de estos prototipos experimentales esté listo para pruebas clínicas. Los problemas van desde el reto de mantener grandes estructuras de tejidos vivos hasta la falta de herramientas computarizadas para el diseño personalizado de órganos.
"Muchas de las empresas de biotecnología están indagando para ver cuál podría ser el valor de mercado de esta tecnología", dice la ingeniera en robótica Hod Lipson, al frente del Laboratorio de Máquinas Creativas de la Universidad de Cornell y coautora de un libro sobre el tema.
Entre las empresas líderes se encuentra Organovo Inc., con sede en San Diego, que introdujo las primeras bioimpresoras comerciales en 3-D en 2010, usando tecnología desarrollada por Forgacs en Missouri-Columbia e investigadores de la Universidad Clemson.
Hasta el momento, la empresa ha fabricado 10 de sus bioimpresoras "NovoGen", a un costo de cientos de miles de dólares cada una. La empresa no da a conocer información precisa sobre su costo.
"Nos permite imprimir una estructura de tejido que es un tejido humano funcional y vivo", dice Keith Murphy, presidente ejecutivo de Organovo.
La empresa todavía no vende las bioimpresoras, sino que utiliza el equipamiento para sus propios proyectos de desarrollo de productos. Las comparte con otros investigadores a través de asociaciones con Pfizer Inc., United Therapeutics Corp. y la Escuela de Medicina de Harvard, entre otras. Murphy declinó revelar los detalles de esos acuerdos o decir qué productos de células bioimpresas estaban en desarrollo.
La impresora programable tiene unas boquillas de impresión guiadas por láser que pueden expulsar tintas compuestas por diferentes combinaciones de células. En cada gota de tinta hay una solución que contiene aproximadamente de 10.000 a 30.000 células. La biotinta es en general una mezcla cultivada de células madres tomadas de médula ósea o grasa de donantes. Esas células luego pueden ser cultivadas para conseguir muchos tipos de células diferentes necesarias para los tejidos.
"Se usan bloques de construcción de células para formar una estructura de 3-D, casi como construir algo con piezas de Lego", dice Murphy. "Las células hacen todos los toques finales por sí mismas", añade.
